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集成電路制造階段中的靜電導致器件的電性不良概覽

時間：2021-12-09 15:46:45
關鍵字： 器件    集成電路制造    WAFER    絕緣   
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[導讀]當今各種集成電路微電子器件（CPU，Flash、Memory、controller、Power等），都由大量的各種晶體管與電容、電阻、電感原件構成。隨著集成電路器件的搞成集成、高速發(fā)展趨勢，致使集成電路器件（die及die的半成品、Chip）在生產制造（waferFab,封裝，測...


當今各種集成電路微電子器件（CPU，Flash、Memory、controller、Power等），都由大量的各種晶體管與電容、電阻、電感原件構成。隨著集成電路器件的搞成集成、高速發(fā)展趨勢，致使集成電路器件（die及die的半成品、Chip）在生產制造（wafer Fab,封裝，測試）與使用（SMT為主）階段對于受到靜電的作用影響越發(fā)敏感。其中的絕緣介電質膜層（Gate oxide，passivation等）是靜電損壞的主要結構，靜電導致集成電路器件功能損壞的直接原因表現為絕緣膜層的漏電路過大。



圖1：靜電導致晶體管Gate oxide膜層的擊穿失效表征-漏電流過大


圖2：集成電路制造后段wafer sawing工序的rinsing過程的靜電導致絕緣膜層punch through的損壞情形


集成電路微電子器件制造中靜電產生，主要來自取各制程設備操作與生產工序的相關過程，主要表現在：

1.物體間的接觸-分離靜電起電，如wafer在各種制程設備中wafer在ESC（Electro-Static Chuck）上的loading與lift up操作，又如PR（Photo Resist）coating過程中wafer的靜電累積，再如wafer在spin drying過程中的靜電起電與累積等；

2.真空制程設備中的RF plasma作用使wafer膜層上累積靜電，CVD，PVD，DET；

3.高壓rinsing過程wafer上的靜電帶電與靜電累積等；

4.封裝階段wafer切割blue tape的貼膜與撕膜過程的靜電在wafer上的產生與累積。

5.其他制程設備中的靜電產生情形。


圖3：wafer在ESC上的靜電起電情形

圖4：wafer在高壓rinsing過程中的靜電帶電情形


靜電導致集成電路微電子器件發(fā)生功能不良（功能失效及電氣可靠性下降），主要表現為wafer上方的靜電累積過高導致絕緣膜層電性損壞（集中于wafer Fab階段的制程設備與生產工序中），與靜電放電（Electro-Static Discharge，ESD）過程產生的快速電流脈沖stress絕緣介質膜層引發(fā)擊穿失效（主要發(fā)生于wafer的probing test，封裝測試階段的die bond、wire bond及各種電性測試工序）。


圖5：wafer上方的靜電累積導致die電性不良的情形

圖6：Wafer/IC高靜電帶電后在電性測試工序發(fā)生ESD的電氣失效情形


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